机器人传感器
机器人传感器知识要点梳理
机器人传感器知识要点梳理机器人传感器是指机器人系统中用于感知和获取外部环境信息的装置。
传感器的准确使用和理解对于机器人设计和应用至关重要。
本文将从机器人传感器的分类、原理和常用技术等方面进行梳理，以帮助读者更好地理解和应用机器人传感器。
一、机器人传感器的分类机器人传感器可以根据其感知的信息类型、工作原理和应用环境等因素进行分类。
在这里，我将介绍几种常见的机器人传感器分类方式。
1. 按照感知的信息类型分类：1.1 触觉传感器：用于感知机器人与物体之间的接触力、接触面积和物体形状等信息。
常见的触觉传感器包括压力传感器、力传感器和力敏电阻。
1.2 视觉传感器：用于感知机器人周围的可见光图像信息，例如拍摄照片、识别物体和人脸等。
常见的视觉传感器包括摄像头、光电传感器和图像传感器。
1.3 声音传感器：用于感知机器人周围的声音和音频信息。
常见的声音传感器包括麦克风和声波传感器。
1.4 温度传感器：用于感知机器人周围的温度信息。
常见的温度传感器包括热电偶和温度传感器芯片。
1.5 其他传感器：还有其他类型的传感器，例如气体传感器、湿度传感器和加速度传感器等。
2. 按照工作原理分类：2.1 主动传感器：主动传感器是指能主动产生电磁、声、光等信号并获取反馈的传感器。
例如雷达传感器和激光传感器等。
2.2 被动传感器：被动传感器是指根据周围环境的变化对外部物理量进行感知的传感器。
例如光电传感器、温度传感器和湿度传感器等。
3. 按照应用环境分类：3.1 室内传感器：主要应用于室内环境的机器人，例如家庭服务机器人、工业机器人和教育机器人等。
3.2 室外传感器：主要应用于室外环境的机器人，例如农业机器人、勘探机器人和航空航天机器人等。
二、机器人传感器的工作原理了解机器人传感器的工作原理对于正确选择和使用传感器至关重要。
在这一部分，我们将重点介绍几种常见的机器人传感器工作原理。
1. 光电传感器：光电传感器工作原理基于光敏元件的光电效应。
工业机器人内部传感器
根据码盘上透光区域与不透光区域分布的不同，光电编码器又可分为 相对式（增量式）和绝对式两种类型。
1）相对式光电编码器
测量旋转运动最常见的传感器是相对式光电编码器，其圆形码盘（见图4-9）上的 透光区与不透光区相互间隔，均匀分布在码盘边缘，分布密度决定测量的解析度。在 码盘两边分别装有光源及光敏元件。
1.2 速度传感器
1．测速发电机
测速发电机是一种模拟式速度传感器，它实际上是一台小型永磁式直流发电机，其 结构原理如图4-13所示。
图4-13 直流输出测速发电机结构原理图
当通过线圈的磁通量恒定时，位于磁场中的线圈旋转使线圈两端产生的电压 u（感应电动势） 与线圈（转子）的转速 成正比，即
u A
1）模拟方式
在模拟方式下，必须有一个频率/电压（F/V）变换器，用来将编码器测得的脉冲 频率转换成与速度成正比的模拟电压，其原理如图4-14所示。F/V变换器必须有良好 的零输入、零输出特性和较小的温度漂移才能满足测试要求。
图4-14 模拟方式的相对式光电编码器测速
2）数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方式
数字方式测速是利用数学方式通过计算软件计算出速度。角速度是转角对时间的一阶导数，
工业机器人基础
工业机器人内部传感器
1.1 位移传感器
1．电位器式位移传感器
电位器式位移传感器一般用于测量工业机器人的关节线位移和角位移，是 位置反馈控制中必不可少的元件，它可将机械的直线位移或角位移输入量转 换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
电位器式位移传感器主要由电阻元件、骨架及电刷等组成。根据滑动 触头·运动方式的不同，电位器式位移传感器分为直线型和旋转型两种。
式中，A 为常数。
机器人传感器
机器人传感器引言概述：机器人传感器是机器人技术中非常重要的组成部分，它们能够感知周围环境并将这些信息传达给机器人的控制系统。
在机器人传感器中，我们已经介绍了一些常见的传感器类型和它们在机器人中的应用。
本文将继续介绍另外一些常见的机器人传感器，并探讨它们的功能和应用。
正文：1. 触觉传感器- 压力传感器：能够感知压力的大小，用于机器人握取物体并调整力度。
- 接触传感器：用于检测机器人是否与物体接触，可以帮助机器人规划行动路径和避免碰撞。
- 应变传感器：能够感知物体的形变，常用于检测物体的变化状态，如弯曲、扭曲等。
2. 光学传感器- 距离传感器：能够测量机器人与物体之间的距离，用于导航和避障。
- 颜色传感器：用于检测物体的颜色，常用于识别不同物体或执行颜色相关的任务。
- 光照传感器：能够感知环境的光照强度，用于控制机器人的显示和执行特定任务。
3. 声音传感器- 麦克风传感器：能够捕捉声音信号，用于语音识别和声音控制机器人。
- 声音传感器阵列：由多个麦克风传感器组成，能够定位声源和实现环境音频分析。
- 声纳传感器：利用声波测量物体与机器人之间的距离，用于避障和导航。
4. 温度和湿度传感器- 温度传感器：用于测量环境或物体的温度，常用于温度控制和环境监测。
- 湿度传感器：能够测量环境的湿度水平，常用于气候控制和植物生长监测。
- 温湿度传感器：结合了温度传感器和湿度传感器的功能，能够提供更全面的环境数据。
5. 位置传感器- GPS传感器：用于定位机器人的全球位置，常用于导航和航位推算。
- 惯性测量单元（IMU）：结合了加速度计和陀螺仪传感器，用于测量机器人的加速度、角速度和方向。
- 编码器传感器：用于测量机器人的轮子旋转的位置和速度，常用于机器人运动控制和定位。
总结：机器人传感器是机器人技术中必不可少的组成部分，能够为机器人提供周围环境的感知和反馈。
本文介绍了触觉传感器、光学传感器、声音传感器、温湿度传感器和位置传感器等常见的机器人传感器类型和应用。
机器人传感器(1)资料
机器人传感器概述
二
章
内传感器
机
外传感器
器
人Байду номын сангаас
传感器的性能指标
传
感
多传感器信息融合技术
器 小结
南京大学金陵学院信息科学与工程学院智能机器人实验室
一、机器人传感器概述 1、传感器的定义和组成
(1)机器人传感器可狭义的定义为：“将外界 的输入信号变换为电信号的一类元件。”如下 图所示：
来自外界的信号 传感器 电信号
南京大学金陵学院信息科学与工程学院智能机器人实验室
传感器与感知
感知任务: 获取(感知)自身状态或环境的信息 传 感 器: 用于定量感知自身状态或
环境特定物质属性的
电子/机械/化学设备
感知在移动机器人系统中的地位
定位
建 模
感知
位置地图
环 境
认知
规 划
控制
传感器与感知
感知功能特征
人类/生物感知器官
- 视觉: 眼 (光信息感知, 光) - 听觉: 耳 (声响信息感知, 声音) - 触觉: 皮肤 (物理信息感知, 热) - 嗅觉: 鼻 (气味信息感知, 化学) - 味觉: 舌 (液味信息感知, 化学)
南京大学金陵学院信息科学与工程学院智能机器人实验室
一、机器人传感器概述
1、传感器的定义和组成 （2）传感器一般由敏感元件、转换部分组成：
➢ 敏感元件（Sensitive element）：直接感受 被测量，并输出与被测量成确定关系的某一 物理量的元件。
➢ 转换部件（Transducer）：以敏感元件的输 出为输入，把输入转换成电路参数。
试着想想对应 的传感器
传感器与感知
人所不及的传感能力
机器人技术基础课件第六章 机器人传感器
物理量
电量
目前，传感器转换后的信号大多为电信号。 因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信 号转换成电信号的装置。
6.1 机器人传感器概述
6.1.1 传感器的基本概念
2、传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换部分组成
基
被 测 量
敏 感 元 件
转 换 元 件
本 转 换 电
电 信 号
路
6.1 机器人传感器概述
6.2 内传感器
增量式编码器
6.2.1 位移（位置）传感器
（1）信号性质
输出信号为一串脉冲，每一个脉
冲对应一个分辨角，对脉冲进行计 数N，就是对 的累加，即，角位移 ＝N。
如： ＝0.352，脉冲N＝1000，
则：
＝ 0.352×1000＝ 352
增量式编码器的信号性质
6.2 内传感器
增量式编码器
6.2 内传感器
6.2.1 位移（位置）传感器
2、光电编码器
光电编码器是角度（角速度）检测装置，通过光 电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲 数字量的传感器。具有体积小，精度高，工作可靠 等优点，应用广泛。
编码器
6.2 内传感器
6.2.1 位移（位置）传感器
2、光电编码器
轴式
套式
电信号
二进制编码
• 满足机器人控制的要求 • 满足机器人自身安全和机器人使用者的安全性要求
6.1 机器人传感器概述
6.1.4 机器人传感器的分类
1)按被测物理量分类 常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力,力矩;
热工量:温度、热量、比热容、热流、 热 分布、压力（压强）、压差、真空度、流 量、流速、物位、 液位、界面、噪声
机器人传感器
即通过把分散敏感元件排列成矩阵式格子来设 计的。 ❖ 导电橡胶、感应高分子、应变计、光电器件和 霍尔元件常被用敏感元件阵列单元。
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压觉传感器原理
❖ 这种传感器是对小型线性调整器的改进。 ❖ 在调整器的轴上安装了线性弹簧。一个传感器有l0mm的有效行
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力觉ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖ 力觉传感器的作用 ❖ 关节力传感器 ❖ 腕力传感器 ❖ 基座力传感器
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力觉传感器的作用
1. 感知是否夹起了工件或是否夹持在正确部位； 2. 控制装配、打磨、研磨抛光的质量； 3. 装配中提供信息、以产生后续的修正补偿运
动来保证装配质量和速度 4. 防止碰撞、卡死和损坏机件。
“电脑化”是这代机器人的重要标志。
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机器人传感器的分类
❖ 机器人传感器可分为内部检测传感器及外界检测传感 器两大类。
❖ 内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位 置，是安装在机器人自身中用来感知它自己的状态， 以调整并控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、 速度及压力传感器组成。
❖ 外界检测传感器用于机器人对周围环境、日标构的状
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机器人传感器
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目录
❖ 概述 ❖ 触觉传感器 ❖ 接近觉传感器 ❖ 视觉传感器 ❖ 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器
小结
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概述
❖ 机器人与传感器 ❖ 机器人传感器分类
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机器人与传感器 ❖ 机器人及机器人传感器的定义 ❖ 机器人的发展历史
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机器人及机器人传感器的定义
人工皮肤触觉传感器的研究重点
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常见的工业机器人传感器类型和作用介绍
常见的工业机器人传感器类型和作用介绍工业机器人是现代工业生产中的重要设备，它可以自动完成各种工艺操作，提高生产效率和质量。
而机器人要实现自主操作和与环境的交互，就必须依赖传感器来获取各种信息。
下面将介绍一些常见的工业机器人传感器类型及其作用。
1.视觉传感器：视觉传感器是机器人中应用最广泛的传感器之一，可以帮助机器人获取周围环境的图像信息，实现目标识别、位置定位、检测等功能。
常见的视觉传感器包括CCD相机、CMOS相机等，其分辨率越高，精度越高。
2.力传感器：力传感器可以测量机器人与周围环境之间的力和力矩，实现精确控制和操作。
常见的力传感器有电容式、压阻式、电感式等，可以应用于装配、抓取、力控处置等任务。
3.距离传感器：距离传感器可以测量机器人与物体之间的距离，实现避障、定位等功能。
常见的距离传感器包括激光传感器、超声波传感器、红外线传感器等，可以用于测距、测量高度等任务。
4.光电传感器：光电传感器可以检测物体的存在、颜色、形状等特性，实现物体识别、分类、定位等功能。
常见的光电传感器有光电开关、光幕、光电编码器等，可以应用于自动分拣、装配等任务。
5.温度传感器：温度传感器可以测量机器人周围环境的温度变化，实现温度控制、安全保护等功能。
常见的温度传感器包括热敏电阻、热电偶等，可以用于焊接、烤箱等工作环境中。
6.声音传感器：声音传感器可以检测周围环境中的声音，实现语音交互、声音控制等功能。
常见的声音传感器有麦克风、声纳等，可以应用于机器人导航、语音识别等任务。
7.气体传感器：气体传感器可以检测周围环境中的气体浓度和成分，实现气体分析、安全监测等功能。
常见的气体传感器有气体传感电阻、气体传感器阵列等，可以应用于有害气体探测、环境监测等任务。
8.触摸传感器：触摸传感器可以感知机器人与物体接触的力和位置，实现精确控制和安全保护。
常见的触摸传感器有电容触摸传感器、压阻触摸传感器等，可以用于装配、物体操纵等任务。
机器人传感器
1. 机器人传感器
（8）机器人嗅觉传感器：
原理：机器嗅觉是一种模拟生物嗅觉工作原理的新颖仿生检测技术，机器嗅觉系统通
常由交叉敏感的化学传感器阵列和适当的计算机模式识别算法组成，阵列中的
气体传感器各自对特定气体具有较高的敏感性，由一些不同敏感对象的传感器 构成的阵列可以测得被测样品挥发性成分的整体信息，与人的鼻子一样，闻到
，而且可以进行任务规划、路径规划以完成既定的工作任务和工作目标。
机器人视觉
机器人触觉
机器人力觉
1. 机器人传感器
（2）机器人传感器的分类：
a.内部传感器:
主要感知与机器人自身参数相关的内部信息，如位移、速度、加速度等。
主要有位置传感器、速度和加速度传感器、陀螺等。 b.外部传感器: 主要感知本体以外的外界物理信息，如障碍物的位置、形状、颜色、距离、接触 受力等。主要包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、力觉传感器、滑觉传 感器、陀螺传感器、接近觉传感器、距离传感器、嗅觉传感器、味觉传感器以及 生物传感器。
1. 机器人传感器
（5）机器人触觉传感器：
1，触觉传感器十年前已开始实用化，而且具有非常高的性能，业界正在进行以下三大 方面的新技术开发：大面积化。使用场所及应用的多样化；研发类似人类皮肤的触 觉传感，不仅检测位置，还要同时检测力度、压力、温度、表面凸凹、有无摩擦等； 利用CMOS等工艺进行集成。 2，美国麻省理工学院视觉科学学科联合波士顿东北大学研究团队成功研制了一种触觉 传感器GelSight，比人类手指更加灵活敏感。GelSight不是以机器来辨识触觉，而
1. 机器人传感器
1，将识别对象的声音从周围杂音中分离出来的音源分离技术，是听觉传感器得以普及
（4）机器人听觉传感器：
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电子科技大学 传感技术课程组
制作
力觉
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力觉传感器的作用 关节力传感器 腕力传感器 基座力传感器
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力觉传感器的作用
1.
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2.
3.
4.
感知是否夹起了工件或是否夹持在正确部位； 控制装配、打磨、研磨抛光的质量； 装配中提供信息、以产生后续的修正补偿运 动来保证装配质量和速度 防止碰撞、卡死和损坏机件。
• 第三代机器人为高一级的智能机器人，
“电脑化”是这代机器人的重要标志。
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机器人传感器的分类
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机器人传感器可分为内部检测传感器及外界检测传感 器两大类。 内部检测传感器是以机器人本身的坐标轴来确定其位 置，是安装在机器人自身中用来感知它自己的状态， 以调整并控制机器人的行动。它通常由位置、加速度、 速度及压力传感器组成。 外界检测传感器用于机器人对周围环境、日标构的状 态持征获取信息．使机器人---环境能发生交互作用， 从而使机器人对环境有自校正和自适应能力。外界检 测传感器通常包括触觉、接近觉、视觉、听觉、嗅觉、 味觉等传感器。
机器人通过传感器实现类似于人类的知觉作用。
电子科技大学 传感技术课程组
制作
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机器人的发展历史
第一代机器人 （ 机械手 ），特点：它虽配
有电子存储装置，能记忆重复动作，然而 因未采用传感器，所以没有适应外界环境 变化的能力。
• 第二代机器人 ，特点：已初步具有感觉相
反馈控制的能力，能进行识别、选取相判 断．这是由于采用了传感器，使机器人具 有了初步的智能。因而传感器的采用与否 已成为衡量第—代机器人的重要特征。
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压觉
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压觉的概念 压觉传感器原理
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压觉的概念
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压觉指的是对于手指给予被测物的力，或者加 在手指上的外力的感觉。 它用于握力控制与手的支撑力的检测。
目前的压觉传感器主要是分布式压觉传感器， 即通过把分散敏感元件排列成矩阵式格子来设 计的。
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关节力传感器
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腕力传感器
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基座力传感器
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滑觉
用簧片固定在手指主体上作为检测体的滚轴。
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触觉传感器
人的触觉是人类感觉的一种。它通常包括热觉、冷觉、 痛觉、触压觉和力觉等。 机器人触觉．实际是人的触觉的某些模仿。它是有关机 器人和对象物之间直接接触的感觉。包含的内容较多。 通常指以下几种： 触觉。手指与被测物是否接触．接触图形的检测。 压觉。垂直于机器人和对象物接触面上的力感觉。 力觉。机器人动作时各自由度的力感觉。 滑觉。物体向着垂直于手指把桅面的方向滑动或变形。 若没有触觉，就不能完好平稳地抓住纸做的杯子，也不 能握住工具;
PVF2 阵 列 式触觉传 感器
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触觉传感器的工作重点
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触觉传感器的工作重点集中在阵列式触觉传 感器信号的处理上，目的是辨识接触物体的 形状。 这种信号的处理涉及到信号处理、图像处理、 计算机图形学、人工智能、模式识别等学科， 是一门比较复杂、比较困难的技术，还很不 成熟，有等于进一步研究和发展。
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机器人触觉的功能
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主要有两方面：
1．检测功能
对操作物进行物理性质检测．如光滑性、硬度等。
其目的是：
感知危险状态．实施自身保护， 灵活地控刷手爪及关节以操作对象物；
使操作具有适应性和顺从性。
2．识别功能 识别对象物的形状(如识别接触到的表面形状)。
机器人及机器人传感器的定义
机器人的发展历史
电子科技大学 传感技术课程组
制作
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机器人及机器人传感器的定义
机器人：可以被定义为计算机控制的能模拟人
的感觉、手工操纵的和具有有自动行走能力的 而又足以完成有效工作的装置。
机器人传感器：可以被定义为一种能把机器人
目标物特性(或参量)变换为电量输出的过程。
导电橡胶、感应高分子、应变计、光电器件和 霍尔元件常被用敏感元件阵列单元。
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压觉传感器原理
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这种传感器是对小型线性调整器的改进。 在调整器的轴上安装了线性弹簧。一个传感器有 l0mm的有效 行程。在此范围内，将力的变化转换为遵从虎克定律的长度位 移，以便进行俭测。在一侧手指上，每个 6mm×8mm 的面积 分布一个传感器来计算，共排列了28个(四行七排)传感器。左 右两侧总共有56个传感器输出。用四路A/D转换器，高速多路 调制器对这些输出进行转换后进入计算机。 a为手指抓住物体的状态；b为手指从a状态稍微握紧的状态。
1.导电橡胶；2.金属； 12.衬底； 13.引线
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人工皮肤触觉传感器的研究重点
1. 2.
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选择更为合适的敏感材料，现有的材料主要有导电 橡胶、压电材料、光纤等； 将集成电路工艺应用到传感器的设计和制造中，使 传感器和处理电路一体化，得到大规模或超大规模 阵列式触觉传感器。
电子科技大学 传感技术课程组
制作
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触觉
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制作
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举例：触觉传感器(a)
1.
2.
3.
结构：平板上安装着多点通、断传感器附着板的 装置 原理：平常为通态，当与物体接触时，弹簧收缩， 上、下板间电流断开。它的功能相当于一开关， 即输出0和1两种信号。 可用于控制机械手的运动方向和范围、躲避障碍 物等。
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机器人传感器
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目录
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概述 触觉传感器 接近觉传感器 视觉传感器 听觉、嗅觉、味觉及其他传感器 小结
ห้องสมุดไป่ตู้
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概
述
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机器人与传感器
机器人传感器分类
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机器人与传感器